电子—晶格相互作用对共轭聚合物电子输运性质的影响

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近年来,随着器件的小型化以及集成度的逐渐提高,掀起了人们对分子器件的研究热潮。分子器件利用有机分子单层或单个分子作为介质来控制光电信号,其中电荷在器件中的输运是最基本的物理过程。目前已有许多理论用来研究了分子器件的电子输运性质。  格林函数方法是其中被广泛用于研究电极/分子/电极三明治结构中电输运性质的方法之一,可以成功的解释许多物理现象,并取得了巨大成功。然而随着科学技术的进步,新的物理现象被观测出来,这些现象涉及到的体系很多都是有相互作用的多体体系,而利用格林函数来处理这些问题的时候,一般都需要通过微扰近似,而我们义不能通过微扰近似来解释这些现象,所以我们用散射态理论来处理这些问题。  本文首先介绍了Hershfield的散射理论,证明了可以构造一个有效的哈密顿,把无限大的库整合到有效哈密顿里,这里用到的算符就是散射态算符;对于有机分子链我们采用著名的Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型来描述,充分考虑了有机分子强的电-声耦合性质;最后通过李-许方程可以得到相应的方程组,从而可以计算系统(以聚乙炔材料为例)的电荷输运性质。本文具体计算了不同偏压下非简并基态聚合物分子的晶格位型以及器件的电压-电流曲线,并比较了基态简并与和非简并输运性质的区别。两种情况下聚乙炔分子的带隙不同,简并态的聚乙炔链带隙比较小,非简并态的聚乙炔链带隙比较大。另外基态简并态可以形成孤子-反孤子对,非简并态不能形成孤子-反孤子对,这是因为简并态可以有不同的相,假如有A相和B相,聚乙炔链开始时处于A相,这时有一个小的激发,使链中一部分处于A相的格点变为B相,A相和B相交界处就变为孤子,假如B相处于A相中间这时候就形成孤子-反孤子对,如果链足够长就会形成多个孤子-反孤子对,而对于无简并态的聚乙炔链,由于基态和其他的态能量相差比较大,因此不能形成孤子-反孤子对。  利用上述方法,本文还研究了量子环的输运性质。由于量子环可以用来实现自旋的干涉,而且量子环还可以观察到A-B效应,量子环可以分为两类:一类是圆形量子环;另一类是多边形量子环。本文主要是研究圆形量子环的输运性质。量子环具有二维结构,首先我们将其哈密顿简化为一维,通过简化后的一维哈密顿计算出系统的本征态和本征能量,然后通过朗道公式计算出电导。这里用矩阵方法计算了它的电导,和GNMT做了一下比较。
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